ЦЕЛЬ. Изучение химического состава объекта исследований - огнеупорной части отработанной футеровки электролизеров производства алюминия и процесса извлечения фтора из нее гидрометаллургическим методом. Также изучение влияния параметров водного выщелачивания (продолжительность и температура) на извлечение фтора в раствор и оценка термодинамической вероятности реакций взаимодействия компонентов футеровки с различными растворителями при выщелачивании. МЕТОДЫ. Для изучения состава проб использовались методы рентгенофлуоресцентного и рентгенофазового анализа, а также сканирующая электронная микроскопия. Для измерения рН и концентрации водорастворимых форм фторидов использовали анализатор жидкости ЭКСПЕРТ-001 с комбинированным рН-электродом ЭСК-10601/7 К80.7 и ионселективным электродом ЭЛИТ-221 компании «НИКА». РЕЗУЛЬТАТЫ. Проведено изучение химического состава объекта исследований. Изучено влияние температуры и продолжительности процесса на извлечение фтора из отработанной футеровки при переводе водорастворимого NaF в раствор. Проведены термодинамические расчеты реакций взаимодействия основных фторсодержащих компонентов футеровки (криолита Na3AlF6, хиолита Na5Al3F14, фторида кальция СaF2) с растворами гидроксида, карбоната и гидрокарбоната натрия при выщелачивании. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. На основе проведенных лабораторных исследований установлено, что максимальное извлечение фтора - 62,95% - достигается при температуре 60°С и продолжительности 120 мин. при водном выщелачивании. На основе термодинамических расчетов и проведенных экспериментов предложена принципиальная технологическая схема для получения регенерационного криолита из растворов выщелачивания при использовании растворов бикарбоната натрия либо растворов газоочистки и шламовых вод действующего предприятия по производству первичного алюминия.
The PURPOSE of the paper is to study the chemical composition of the research object represented by the refractory part of the spent lining (SL) of aluminum electrolysers and to investigate the process of fluorine recovery from the spent lining refractory part by a hydro-metallurgical method. The study is also given to the influence of aqueous leaching parameters (duration and temperature) on the fluorine recovery into solution and the evaluation of the thermodynamic probability of reactions between the lining components and various solvents under leaching. METHODS. The methods of x-ray fluorescence and x-ray phase analysis as well as scanning electron microscopy are used to study the composition of samples. The liquid analyzer EXPERT-001 with a combined pH electrode ESK-10601/7 K80.7 and an ion selective electrode ELITE-221 of Nika company are used to measure the pH and concentration of water-soluble forms of fluorides. RESULTS. The chemical composition of the research object has been studied. The influence of process temperature and duration on fluorine recovery from the spent lining under water-soluble NaF dissolution has been investigated. The thermodynamic calculations of interaction reactions of the main fluorine-containing components of lining such as cryolite Na3AlF6, chiolite Na5Al3F14, calcium fluoride CaF2 with the solutions of sodium hydroxide, carbonate and hydro-carbonate under leaching have been performed. CONCLUSION. Conducted laboratory studies allowed to determine that the maximum fluorine recovery of 62.95% is achieved under water leaching at the temperature of 60°C and process duration of 120 minutes. Based on thermodynamic calculations and performed experiments a basic technological scheme is proposed for regenerative cryolite production from leaching solutions using either the solutions of sodium bicarbonate or the solutions of gas purification and slime waters of operating plants of primary aluminum production.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.